河北省張北縣不僅有著豐富的風(fēng)力和光伏資源，還是擁有60萬臺服務(wù)器的阿里巴巴數(shù)據(jù)中心的落地之處,。2012年6月，阿里巴巴數(shù)據(jù)中心落戶張北,。7年來，隨著云計算產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,，電力能耗也與日俱增,，如何為這樣世界級的數(shù)據(jù)中心保障電力供應(yīng)、提高能效水平,？國網(wǎng)冀北電力有限公司進(jìn)行了多方探索,。

　　河北省張北縣地處京津冀經(jīng)濟圈與晉冀蒙經(jīng)濟圈交匯處，全境屬于壩上高原,。這里不僅有豐富的風(fēng)力和光伏資源,，還是擁有60萬臺服務(wù)器的世界級數(shù)據(jù)中心——阿里巴巴數(shù)據(jù)中心的落地之處。

　　2012年6月,，阿里巴巴數(shù)據(jù)中心落戶張北縣,，7年多時間里，張北云計算產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)了從無到有,、從有到強的跨越式發(fā)展,。2018年“雙十一”期間，阿里巴巴數(shù)據(jù)中心承擔(dān)著全國商家85%的交易任務(wù),。與此同時,，在大數(shù)據(jù)的運用上，張北還實現(xiàn)了智慧民生,、智慧城管,，建起了“扶貧云”,，實現(xiàn)了農(nóng)村電商全覆蓋。如今,，世紀(jì)互聯(lián)、通產(chǎn)偉博,、航信金云,、浪潮等17個大數(shù)據(jù)項目已簽約落地。隨著云計算產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,，電力能耗也在與日俱增,，如何為這樣世界級的數(shù)據(jù)中心保障電力供應(yīng)、提高能效水平,？國網(wǎng)冀北電力有限公司在電力技術(shù)創(chuàng)新,、智能電網(wǎng)建設(shè)等方面進(jìn)行了大量探索。

　　“云”集張北 耗能激增

　　與傳統(tǒng)能耗單元不同,，數(shù)據(jù)中心必須24小時連軸轉(zhuǎn),，晝夜不停的運行方式必然導(dǎo)致大能耗、高放熱,。而且,，數(shù)據(jù)中心對環(huán)境要求極高，通常依靠空調(diào),、冷水機等設(shè)備來降溫,，冷卻部分的用能占到輔助設(shè)施用能60%以上。

　　“PUE,，也就是能耗比,，是衡量數(shù)據(jù)中心能效水平的評價指標(biāo)。該指標(biāo)基準(zhǔn)值為2,，數(shù)值越接近1意味著能源利用率越高,。目前阿里張北數(shù)據(jù)中心的設(shè)計PUE均低于1.25，最低可達(dá)1.13,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國內(nèi)數(shù)據(jù)中心PUE 2.5的平均水平……以制冷為例,，我們充分利用張北干凈的風(fēng)和清涼的水來為數(shù)據(jù)中心降溫，全年只有兩周的時間需要開啟傳統(tǒng)的壓縮機空調(diào)制冷,，僅制冷能耗就能降低近60%,。這也是在中國，第一次能真正做到用自然風(fēng)直接為數(shù)據(jù)中心降溫,?！卑⒗锇桶褪紫夹g(shù)官陳鍵鋒就阿里數(shù)據(jù)中心落戶張北的原因進(jìn)行說明。

　　此外,，張家口作為國務(wù)院批復(fù)的全國可再生能源示范區(qū),，風(fēng)能和太陽能資源豐富,，僅張北縣2018年風(fēng)、光發(fā)電量就超過62億千瓦時,，到2020年發(fā)電量將達(dá)到100億千瓦時,。阿里張北數(shù)據(jù)中心全部建成后，服務(wù)器規(guī)模將達(dá)到150萬臺,，年耗電量預(yù)計60億千瓦時,。從供求關(guān)系而言，數(shù)據(jù)中心落戶張北完全符合國家綠色電力就地消納的要求,。據(jù)測算,，目前阿里數(shù)據(jù)中心使用綠色電力占總能耗約40%，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)的良性循環(huán),，有效推動了大數(shù)據(jù)和新能源聯(lián)動發(fā)展,。

　　大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)云集張北，帶來巨大經(jīng)濟刺激的同時,，也面臨著電力消耗的持續(xù)攀升,，隨之而來的是供電負(fù)荷迅猛增長。2018年,，僅阿里數(shù)據(jù)中心的用電負(fù)荷便達(dá)180兆瓦,，占張北220千伏變電站負(fù)載的80%；全年用電量高達(dá)3.2億千瓦時,，占張北縣總用電量的31%,。如此高的能耗，給張北電網(wǎng)帶來了巨大沖擊,，對供電可靠性提出了更高要求,。

　　同時，風(fēng)電,、光伏為直流發(fā)電,，雖年發(fā)電量高，但需將直流電通過逆變器變成交流電再上網(wǎng),，客戶側(cè)再將交流電變成直流電進(jìn)行使用,，過程中存在能耗損失。2012年時,，國內(nèi)乃至世界尚無變電技術(shù),，既可直接滿足配電網(wǎng)的復(fù)雜需求，又可直接應(yīng)用光伏的直流電,。阿里數(shù)據(jù)中心雖對綠色能源有一定需求,，但對電力可靠性的需求更高，目前新能源發(fā)電尚存在不穩(wěn)定的問題,，且當(dāng)前“光伏+儲能”造價成本太高,，并不具備經(jīng)濟性,。

　　面對供給與需求的矛盾，國網(wǎng)冀北電力依托張家口豐富的可再生能源,，積極構(gòu)建“變電站+儲能站+數(shù)據(jù)中心”三站合一的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)模式,，積極推動數(shù)據(jù)中心集群建設(shè)與電力基礎(chǔ)設(shè)施緊湊布局，對資源高效集約利用的新模式展開探索,。

　　柔性變電技術(shù)引領(lǐng)

　　“源-網(wǎng)-荷”協(xié)調(diào)發(fā)展

　　2016年5月,，國網(wǎng)冀北電力結(jié)合大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，未雨綢繆,，協(xié)同阿里巴巴集團,、億利集團,，以配電網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)“源-網(wǎng)-荷”協(xié)調(diào)發(fā)展,，在全球首次提出柔性變電技術(shù)設(shè)想。2017年9月,，10千伏交直流配電網(wǎng)及柔性變電站示范工程開始現(xiàn)場勘測,、定位，將柔性變電設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實,。一年后,，該項目正式投入商業(yè)運行。

　　該工程建設(shè)包含10千伏光伏直流升壓站一座,、10千伏柔性變電站一座,。其中，10千伏柔性變電站的核心設(shè)備電力電子變壓器具有4個交直流端口,，在配電網(wǎng)中如同一個“縱橫交錯江河中的碼頭”,。示范工程在低壓側(cè)能夠提供直流750伏（含240伏）、交流380伏等3種靈活的供電方式,，可實現(xiàn)多種能源,、多元負(fù)荷和儲能的即插即用和靈活接入；打造了靈活開放的能源互聯(lián)網(wǎng)平臺,，通過接入張北縣德勝村2.5兆瓦光伏扶貧發(fā)電,，滿足了阿里張北數(shù)據(jù)中心綠色用能需求，實現(xiàn)了發(fā)電,、電網(wǎng),、客戶等多利益主體的共贏。

　　“常規(guī)的數(shù)據(jù)中心使用的是雙路交流電,。阿里從2011年起就開始使用一路高壓直流電,。高壓直流的優(yōu)勢在于沒有中間的逆變環(huán)節(jié)，可以減少能效損耗,。柔變項目正好匹配我們的業(yè)務(wù)需求,，最大的好處是就近消納了光伏發(fā)電的直流電,。”阿里張北數(shù)據(jù)中心運維主管胡國良說,。

　　10千伏交直流配電網(wǎng)及柔性變電站示范工程集技術(shù)創(chuàng)新,、新興產(chǎn)業(yè)多元供電服務(wù)、光伏扶貧,、清潔能源消納功能于一體,，為應(yīng)對配電網(wǎng)電源清潔化、多元化,，網(wǎng)絡(luò)電力電子化,、信息化以及負(fù)荷特性復(fù)雜化、互動化的發(fā)展需求,，提供了重要解決方案,。

　　“我們成功攻克了成套設(shè)計、‘源-網(wǎng)-荷’控制保護等一系列技術(shù)難題,，最終打造出一個靈活開放的平臺,，實現(xiàn)了發(fā)電、電網(wǎng),、客戶的共贏?，F(xiàn)在的柔性變電站裝備可實現(xiàn)多種能源、多元負(fù)荷和儲能即插即用,，為阿里和其他客戶提供豐富的自主選擇權(quán),。”國網(wǎng)冀北電力科信部智能處處長徐彭亮介紹道,。

　　簡而言之,，基于柔性變電站的交直流配電網(wǎng)減少了轉(zhuǎn)換過程，縮小了設(shè)備體積,，降低了能耗折損,，保證了數(shù)據(jù)中心的用電可靠性。電網(wǎng)本身由于接入客戶眾多而存在諸多干擾因素,，經(jīng)過這套裝置,，電網(wǎng)的干擾不會傳導(dǎo)給客戶，同時,，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)生的干擾通過這套裝置被有效地隔離,，也不會傳導(dǎo)至電網(wǎng)。

　　“現(xiàn)在阿里可以通過直流升壓的方式,，將光伏發(fā)電輸送至數(shù)據(jù)中心,，接入系統(tǒng)作為備用，不但實現(xiàn)了綠色能源的就近消納，余量還可上網(wǎng),?？梢哉f這套設(shè)備還在一定程度為阿里節(jié)省了成本?！焙鷩颊f道,。

　　智能電網(wǎng)+特高壓電網(wǎng)+清潔能源

　　滿足大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)負(fù)荷需求

　　為滿足大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)不斷增長的負(fù)荷需求，國網(wǎng)冀北電力加大電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度,，構(gòu)建“智能電網(wǎng)+特高壓電網(wǎng)+清潔能源”的能源體系,。2016年，國網(wǎng)冀北電力發(fā)布《全球能源互聯(lián)網(wǎng)張家口創(chuàng)新示范區(qū)發(fā)展白皮書》,，重點推進(jìn)五項示范工程,，大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)集中的張北基本上都在規(guī)劃中。目前,，國網(wǎng)冀北電力正在緊鑼密鼓建設(shè)張北500千伏柔性直流輸電示范項目,，為云計算產(chǎn)業(yè)基地提供更強大的電力支撐；同時,，在阿里其他園區(qū)周邊建成3座110千伏變電站和1座220千伏變電站,。這些項目在為“中國數(shù)壩”發(fā)展提供充足,、可靠電能的同時,，還能有效滿足張家口可再生能源示范區(qū)清潔能源送出需求和北京負(fù)荷中心、特別是冬奧延慶賽區(qū)清潔電能使用需求,。

　　為結(jié)合國家可再生能源示范區(qū)建設(shè),，讓大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展享有成體系的扶持和優(yōu)惠政策，2018年,，在張家口市政府的倡導(dǎo)下,，國網(wǎng)冀北電力勇開先河，提出“政府+電網(wǎng)+發(fā)電企業(yè)+用戶側(cè)”四方交易機制,，將各大數(shù)據(jù)中心納入可再生能源電力交易系統(tǒng),，通過市場化交易可享受0.37元/度的優(yōu)惠電價，極大程度降低了數(shù)據(jù)中心的用電成本,。該交易機制在國內(nèi)尚屬首例,，標(biāo)志著張家口開啟了國內(nèi)可再生能源電力市場化交易的先河，同時打破了清潔能源應(yīng)用成本居高不下的瓶頸,。

　　“作為‘中國數(shù)壩’的大本營,，未來幾年，張北將著力延長產(chǎn)業(yè)鏈條,，前端發(fā)展云研發(fā),、云制造，后端發(fā)展云服務(wù)，讓‘冷數(shù)據(jù)’產(chǎn)生‘熱效應(yīng)’,?！袊鴶?shù)壩’的未來，將是世界級超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)集群,，將是大數(shù)據(jù)與實體經(jīng)濟,、與鄉(xiāng)村振興、與服務(wù)民生,、與社會治理高度融合的‘云上張北’,，也將是‘?dāng)?shù)字中國’在中國北方貧困地區(qū)的一個最好縮影?！睆埍笨h縣長李鵬舉對今后張北大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景篤定且自信,。

　　未來已來。國網(wǎng)冀北電力將在新能源,、智能配用電等領(lǐng)域,，加快形成一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)、達(dá)到國際先進(jìn)水平的科研成果,，突破泛在電力物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展技術(shù)瓶頸,，為綠色數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供更強大的支撐。